(57)【要約】【課題】本発明は、容器内に充填される粉体の量を検出するセンサ装置に関し、現像剤容器の形状にかかわらず適用可能で、現像剤量の測定精度と耐ノイズ性を向上できるセンサ装置を提供するものである。【解決手段】この目的を達成するために本発明は、静電容量型の検出電極部２３と、この検出電極部２３と接続された処理回路２５を備えたセンサ装置において、検出電極部２３は、複数の電極指２７が所定の間隔で略平行に対峙する櫛歯状の分岐部を有し、分岐部２８は、電極指２７の電極幅Ｗが所定値である分岐部２８ａと、電極指２７の電極幅Ｗが分岐部２８ａの電極幅Ｗより大きく設定された第２の分岐部２８ｂを有する構成とした。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
静電容量型の検出電極部と、前記検出電極部と接続された処理回路を備えたセンサ装置において、前記検出電極部は、複数の電極指が所定の間隔で略平行に対峙して静電容量を形成する櫛歯状の分岐部を有し、前記分岐部は、前記電極指の電極幅が第１の電極幅からなる第１の分岐部と、前記第１の電極幅より広い第２の電極幅からなる第２の分岐部を有することを特徴としたセンサ装置。
【請求項２】
第２の分岐部における電極指間ギャップを第１の分岐部の電極指間ギャップより大きくしたことを特徴とする請求項１に記載のセンサ装置。
【請求項３】
第１の分岐部における電極指の延伸方向と、第２の分岐部における電極指の延伸方向を直交させたことを特徴とする請求項２に記載のセンサ装置。
【請求項４】
第２の分岐部を構成する電極指に第１の電極を構成する電極指を一体に設けたことを特徴とする請求項３に記載のセンサ装置。
【請求項５】
第２の分岐部を構成する隣り合う電極指のそれぞれに第１の分岐部を構成する電極指を一体に設けたことを特徴とする請求項４に記載のセンサ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空間内における被検物を検知する静電容量型のセンサ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図８はコピー機に搭載されるプロセスカートリッジと呼ばれるユニットの側面断面図である。このプロセスカートリッジ１は感光体および感光体に作用するプロセス手段を一体化したものであり、コピー機本体（図示せず）に着脱自在に装着される。図８において、２は感光体ドラムであり、帯電ローラ３によって帯電され、次いでレーザーダイオード、ポリゴンミラー等からなる光学手段（図示せず）から画像情報に応じたレーザー光を照射することによって、感光体ドラム２上に潜像が形成される。この潜像は現像手段４によって現像され、可視像、すなわちトナー像とされる。
【０００３】
現像剤容器５に収納された現像剤の量や廃現像剤溜め６に溜められた現像剤の量を検出するセンサとしては図９に示すようなものが知られている。図９に示すように、このセンサは現像剤と接触して現像剤量に対応する静電容量を検知する第１の測定電極部材７Ａと、現像剤と接触することなく大気中の静電容量を検知する第２の測定電極部材７Ｂとからなる。第１の測定電極部材７Ａと第２の測定電極部材７Ｂは１つの基板８上に形成されており、第１の測定電極部材７Ａは現像剤容器５の内部側面等の現像剤と接触する位置に設けられている。また第２の測定電極部材７Ｂは外方へ折り曲げて第１の測定電極部材７Ａが配置された側と同じ側の現像剤容器５内であって、仕切壁９にて区画された、現像剤と接触しない位置に設けられている。第１の測定電極部材７Ａは所定の間隔で略平行に対峙する分岐部を有する電極１０，１１からなり、同様にして第２の測定電極部材７Ｂも所定の間隔で略平行に対峙する分岐部を有する電極１０，１２からなる。現像剤の誘電率は空気よりも大きいために、第１の測定電極部材７Ａの表面に現像剤が接触することにより電極１０，１１間の静電容量は増加する。一方、第２の測定電極部材７Ｂは現像剤と接触しない位置に設けられているために、電極１０，１２間の静電容量は現像剤の量には依存せず周囲の温度や湿度等の雰囲気で決まることになる。したがって、処理回路（図示せず）において、第１の測定電極部材７Ａの電極１０，１１間の静電容量と、第２の測定電極部材７Ｂの電極１０，１２間の静電容量との差分に対応する電圧を求めることにより、現像剤容器５に収納された現像剤の量を測定することができるものである。
【０００４】
なお、この出願の発明に関する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−１２２３９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記した従来のセンサ装置においては、第１の測定電極部材７Ａの電極１０，１１間の静電容量値および第２の測定電極部材７Ｂの電極１０，１２間の静電容量値の変化の両方を正確に測定する必要があるが、現像剤容器５の内部に配置される第１の測定電極部材７Ａにおいては、容器内で飛散した現像剤が表面に付着して付着層を形成してしまう場合がある。
【０００７】
従って、第１の測定電極部材７Ａには、この飛散した現像剤が第１の測定電極部材７Ａの表面に付着層を形成した場合で検出できるように、飛散した現像剤の付着層厚み以上での静電容量を検出する能力が求められる。
【０００８】
そこで、本発明は上記従来の課題を解決するため、静電容量型のセンサ装置における厚み方向の検出能力を高めることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
そして、この目的を達成するために本発明は、静電容量型の検出電極部と、この検出電極部と接続された処理回路を備えたセンサ装置において、検出電極部は、複数の電極指が所定の間隔で略平行に対峙して静電容量を形成する櫛歯状の分岐部を有し、分岐部は、電極指の電極幅が第１の電極幅からなる第１の分岐部と、第１の電極幅より広い第２の電極幅からなる第２の分岐部を有する構成とした。
【発明の効果】
【００１０】
この構成により本発明は、静電容量型のセンサ装置における厚み方向の検出能力を高めることが出来るのである。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】（ａ）本発明の一実施の形態におけるセンサ装置の斜視図、（ｂ）図１（ａ）のＡ−Ａ線断面図
【図２】同センサ装置の検出部の正面図
【図３】同センサ装置の使用状況を示す模式図
【図４】同センサ装置の検出部の電極パターン図
【図５】同検出部を形成する電極指における電界分布を示す模式図
【図６】同検出部における他の実施形態における電極パターン図
【図７】同検出部におけるさらに他の実施形態における電極パターン図
【図８】プロセスカートリッジユニットの側面断面図
【図９】従来のセンサ装置の斜視図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の一実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１３】
図１（ａ）はセンサ装置の斜視図、図１（ｂ）は図１（ａ）におけるＡ−Ａ線断面図を示す。図１（ａ）、図１（ｂ）において、２１はポリフェニレンサルファイド（以下、ＰＰＳと称する）等の樹脂で成形された筐体であり、ケース２１ａと、ホルダ２１ｂと、カバー２１ｃから構成されている。
【００１４】
また、カバー２１ｃの上面には開口部２２が設けられており、この開口部２２から静電容量を検出する検出電極部２３を露出させて、検出電極部２３が現像剤等の粉体と接触できるようにしている。なお、検出電極部２３は、後述するリファレンス電極部２４、処理回路２５とともに検出部２６に設けられている。
【００１５】
検出部２６は、左右に延びる長方形状のＰＰＳフィルムからなる可撓性を有したもので、この検出部２６の主面側には右端部から左端部にかけてカーボン、銀等により構成された検出電極部２３およびリファレンス電極部２４と、これらの検出電極部２３及びリファレンス電極部２４の信号を電気的に処理する処理回路２５が設けられている。なお、この検出部２６は、図１（ｂ）に示すように、ケース２１ａとホルダ２１ｂとカバー２１ｃとの間で挟持されている。
【００１６】
また、図２に示すように、検出電極部２３は所定の間隔で略平行に対峙する電極指２７からなる櫛歯形状の分岐部２８を有する電極２９，３０からなり、これと同様にリファレンス電極部２４も所定の間隔で略平行に対峙する電極指２７からなる櫛歯形状の分岐部２８を有する電極３０，３１からなる。
【００１７】
電極２９，３０間の静電容量および電極３０，３１間の静電容量は、ＩＣ、コンデンサ、抵抗等からなる発振回路や比較回路を構成する処理回路２５で電気的に処理され、現像剤量に対応する電圧信号が出力端子３２に出力される。３３，３４は各々処理回路２５に電気的に接続された電源端子、グランド端子である。
【００１８】
そして、このようなセンサ装置の使用状況としては、図３に示すように、現像剤等の粉体３５を収容する容器３６の内部に配置され、容器３６の内部に収容した粉体３５の量を検出し処理回路２５を介して検出信号を出力する。その検出原理としては、検出電極部２３を形成する電極２９，３０に対して処理回路２５に構成された発振回路で規定の電圧による電荷の充放電を繰り返し、電極２９，３０間の電位差を処理回路２５に構成された比較回路でパルス波に変換して出力するもので、収容された粉体が検出電極部２３の高さに到達し検出電極部２３の表面を粉体３５が覆った状態と、収容された粉体が検出電極部２３の高さに到達せず検出電極部２３の表面が露出した状態では、電極２９，３０に設けられた電極指２７間の誘電率が異なり電荷を充放電する時間に差が生じるため、この充放電時の電位差をパルス信号にして出力することを検出することができる。
【００１９】
ここで、このような静電容量型のセンサ装置においては、被検出物となる粉体３５が容器３６内において飛散するため、この飛散した粉体３５ａが検出電極部２３の表面に堆積してしまう。従って、実際に容器３６の内部に収容された粉体３５の状況を検出しようとすれば、検出電極部２３の表面に形成される飛散した粉体３５ａの付着層３５ｂより外側の誘電率の変化を検出させる必要がある。
【００２０】
そこで、この一実施の形態のセンサ装置においては、検出電極部２３の電極パターンを、図４に示すように、複数の電極指２７が所定の間隔で略平行に対峙して静電容量を形成する櫛歯状の分岐部２８を、電極指２７の電極幅Ｗが所定値である第１の分岐部２８ａと、電極指２７の電極幅Ｗが第１の分岐部２８ａにおける電極幅Ｗより大きく設定された第２の分岐部２８ｂを有する構成とした。
【００２１】
ここで、静電容量を形成する隣り合う電極指２７の電極幅Ｗと電極指間ギャップＤについてみると、図５の左側に示すように、電極指２７の電極幅Ｗを大きくすると、電極指２７に溜まる電荷量が多くなり、電界分布が厚み方向に広がりやすくなり、電極指間ギャップＤを大きくすれば、さらに電界分布が厚み方向に広がりやすくなる。なお、電極指間ギャップＤを小さくすると、隣り合う電極指２７間の結合が強くなり、電界分布が厚み方向において広がりにくくなる。
【００２２】
一方、図５の右側に示すように、電極指２７の電極幅Ｗを小さくすると、電極指２７に溜まる電荷量が少なくなり、電界分布が厚み方向において広がりにくく、電極指間ギャップＤが小さいと、隣り合う電極指２７間の結合が強くなり、電界分布が厚み方向において広がりにくくなる。
【００２３】
つまり、電極指２７間に生じる電界分布の広がりを、付着層３５ｂの厚み方向に増やそうとした場合、電極指２７の電極幅Ｗおよび電極指間ギャップＤを大きくすればよいことになる。
【００２４】
しかしながら、このようなセンサ装置において、単に電極指２７の電極幅Ｗおよび電極指間ギャップＤを大きくした場合、二つの課題が生じる。すなわち、一つ目の課題は、検出電極部２３の所要面積が大きくなりセンサ装置の大型化につながってしまうこと、二つ目の課題は、検出電極部２３は処理回路２５の発振回路により電荷の充放電を繰り返すため、この発振回路を駆動させるために必要なコンデンサ容量を、検出電極部２３で構成しなければならないことである。
【００２５】
そこで、検出電極部２３を構成する複数の電極指２７を、電荷量を多く溜めることができ電界分布が厚み方向に広がりやすくなる電極幅Ｗが大きい電極指２７からなる分岐部２８ｂと、限られた面積の中で分岐部２８ｂを形成することで減少したコンデンサ容量を効率よく補填するため限られた面積で対向面積を確保しやすい電極幅Ｗが小さい電極指２７からなる分岐部２８ａとの組み合わせた構成とすることで、検出電極部２３の所要面積の増加を抑制し、効率よくコンデンサ容量を確保できる。
【００２６】
なお、上述したように、電極指２７の電極幅Ｗを大きく設定しても電極指間ギャップＤが小さければ、電極指２７の近接する部分に電荷が集中してしまい、電界分布の厚み方向の広がりを十分に確保することが困難となるため、電極幅Ｗが大きい電極指２７からなる分岐部２８ｂにおいては、電極指間ギャップＤを大きくすることが望ましい。なお、電極指２７の電極幅Ｗと電極指間ギャップＤの比（ＤＵＴＹ比）は、０．４〜０．６程度に設定することが望ましい。
【００２７】
また、この図４に示す電極パターンにおいては、電極幅Ｗの異なる分岐部２８ａ，２８ｂにおける電極指２７の延伸方向が直交するように配置しているが、この構成によれば、電界の向きが直交するようになり、分岐部２８ａ，２８ｂにおける互いの干渉を抑制することができる。
【００２８】
従って、図６に示すように電極幅Ｗが大きい電極指２７に電極幅Ｗが小さい電極指２７を一体化した場合でも、互いの干渉が少ないことから、分岐部２８ｂは厚み方向に大きい電界を確保し、分岐部２８ａは近傍での結合によりコンデンサ容量を確保でき、さらには図７に示すように、電極幅Ｗの大きい一対の電極指２７に対してそれぞれに電極幅Ｗの小さい電極指２７を一体化する、つまり、電極幅Ｗが大きい対向する電極指２７の間に、電極幅Ｗが小さい電極指２７を一体に設けることもでき、さらに、検出電極部２３における所要面積の増加を抑制しコンデンサ容量を確保できる。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明に係るセンサ装置は、容器の形状にかかわらず適用可能で、粉体量の測定精度と耐ノイズ性を向上できるという効果を有するものであり、特に、コピー機の現像剤容器等に収納された現像剤の量や現像剤中のトナーとキャリアの混合比を検出するセンサ装置として有用なものである。
【符号の説明】
【００３０】
２３  検出電極部
２５  処理回路
２７  電極指
２８，２８ａ，２８ｂ  分岐部
Ｄ  電極指間ギャップ
Ｗ  電極幅
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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